CN201737962U - 轴向气旋分离器以及包含其的高炉气体除尘设备 - Google Patents

Abstract

一种在高炉气体除尘设备中用作初步净化级的轴向气旋分离器，其包括：具有圆柱形壁(54)的直立压力容器(14)；向下变宽直至圆柱形壁的穹顶(24)；及布置于压力容器中的入口罩(50)，该罩向下渐细并具有圆柱形下边缘(52)。在入口罩的下边缘与压力容器的壁间形成环形间隙(56)。具有多个导向叶片(66)的旋涡装置(58)位于环形间隙中以使轴向引入压力容器的高炉气涡流。轴向气旋分离器具有相对于压力容器的轴线(30)位于中心且同轴终止于穹顶中的一入口连接管(26)，并且源自高炉的降气管(12)连接于其上。轴向气旋分离器具有引入或横贯入口罩的至少一个出口连接管(60；160；161)，其被向上引导并相对压力容器的轴线成一定角度地贯穿穹顶。

Description

轴向气旋分离器以及包含其的高炉气体除尘设备

技术领域

本实用新型通常涉及用于高炉气体的除尘的单元，尤其涉及用于这种单元的轴向气旋分离器，其中，优选地将轴向气旋分离器设计为除尘设备的完整(complete)初步净化级。

背景技术

用于高炉气体的除尘设备通常包括初步净化级和精细净化级。在许多现有的单元中，初步净化级由除尘器形成。然后，粗略地预净化的高炉气体从除尘器转到精细净化级，精细净化级通常包括至少一个净气器或静电集尘器。

由于除尘器无法实现足够的分离功效，所以，在高炉气体离开除尘器之后且在转到精细净化级之前，还使高炉气体通过气旋分离器。此类型的气旋分离器包括平行连接的一个或多个气旋器。气旋器是压力容器，高炉气体通常以高速切向地被注入所述气旋器，结果是使气体进行旋涡式运动。微粒在离心力和漩涡的作用下被抛出到气旋分离器的外壁上，并沿着此外壁下滑入集尘斗。因此，气旋分离器属于离心力除尘分离器或属于漩涡除尘分离器。

已经构造了用于高炉气体的除尘设备，其中，用单一的大气旋分离器(德国THYSSEN Krupp Stahl AG的Schwelgen工厂中的高炉No.2的除尘设备)代替与其气旋单元接合的除尘器。在此单元中，将高炉的降气管切向地引入至气旋容器，结果是使高炉气体进行旋涡式运动，从而，如上面已经描述地进行除尘。然而，迄今为止，此类型的大气旋分离器不能代替市场上常见的除尘器。主要的原因最可能是：(A)气管从高炉炉喉到大气旋分离器的有问题的连接；(B)压力容器上留有的磨损以及(C)缺少关于使用这种大气旋分离器用于高炉气体的初步净化的经验值。

对于观点(A)，应该指出，大降气管(横截面达到4m)与气旋容器的切向连接尤其要求：复杂的管道路线、要求大量空间的侧向支撑结构、附加的管弯头和补偿器，以及加固以抵抗弯曲的昂贵的矩形管。如果用大气旋分离器代替现有的除尘器，那么这将必须对降气管和钢结构进行重大修改。关于这一点，同样应指出，由于管道的沉重重量(沉重的耐火衬料)、将要考虑的风载(大直径)和热膨胀(大长度和大温差)，从高炉炉喉处支撑降气管的支撑结构决不是没有问题的。对于观点(B)，通过解释，应该注意到，流入气旋分离器的气体以高速在前面撞击到容器壁上并导致严重磨损。对于观点(C)，应该指出，高炉操作员担心会观察不到大气旋分离器的预测的分离特性。由于此类型的气旋分离器的分离特性仅由气旋分离器的几何形状和流入的切向气体决定，所以仅在花费相当高的成本的情况下才可能实现分离特性的任何后续改进。

国际专利申请WO 00/40763提出了一种尤其减少了与观点(B)和(C)相关的问题的轴向气旋分离器，首先，轴向地引入高炉气体，其次，外部可接触的导向叶片产生旋涡式运动，从而确保后续修改简单可行。

WO 00/40763的大气旋分离器包括垂直压力容器，在其上端是将高炉气体轴向注入压力容器中的专用的轴向装置。具有导向叶片的旋涡装置设置于压力容器中，并使轴向引入的高炉气体围绕压力容器的轴线进行涡流。为了将高炉气体注入下游的精细分离级，轴向气旋分离器包括中心出口连接管，该中心出口连接管穿过供给装置从压力容器的中心引出。将中心出口连接管与压力容器同轴地布置。为了供给高炉气体，供给装置具有至少两个倾斜的、向上引导的入口连接管，这些入口连接管在中心出口连接管周围终止于压力容器。根据WO 00/40763，为了将供给装置与降气管连接，大气旋分离器具有分配器，该分配器包括垂直向上定位的连接管和两个倾斜的、向下引导的支管。源自高炉的降气管与垂直连接管连接，并且，供给装置的两个入口连接管均与支管连接。

对于在上述观点(A)下列出的问题，根据WO 00/40763的解决方案能够进一步改进。具体地，Y形分配器要求一定的最小结构高度的轴向气旋分离器，其中，应该注意，较大的结构高度会限制轴向气旋器的可能的位置或距高炉的具体距离。此外，甚至对于根据WO 00/40763的大气旋分离器，源自高炉顶部的降气管的连接仍是有问题的。Y形分配器仅能承载有限重量，而其中尤其是由于降气管中的较重眼镜阀(goggle valve)以及由于大直径降气管导致具有相当大的重量。而且，对于热膨胀，根据WO 00/40763的设备仅具有有限的公差，结果是必须有适当的保护措施。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是提供一种轴向气旋分离器，其整体上具有较小的安置高度，并且其中，也可适应较大的重量和较大的膨胀移动。

根据本实用新型的一方面，提供了一种轴向气旋分离器，用作高炉气体的除尘设备中的初步净化级，其包括：直立的压力容器，具有圆柱形外壁；外部穹顶，向下变宽且连接至所述圆柱形外壁；入口罩，位于所述压力容器内部且位于所述穹顶的下方，所述入口罩向下变宽并具有圆柱形底边缘，其中，在入口罩的底边缘与压力容器的外壁之间形成有圆柱形环形间隙；旋涡装置，具有布置在圆柱形环形间隙中的多个导向叶片，其中，所述导向叶片以这样的方式布置于所述圆柱形环形间隙中：所述导向叶片使得轴向地引入到所述压力容器中的高炉气体以围绕所述压力容器的轴线进行涡流运动的方式移动；单一入口连接管，其相对于压力容器的轴线位于中心且同轴地引入至所述穹顶，并且，源自高炉的降气管连接于所述单一入口连接管上；以及至少一个出口连接管，其引入至入口罩或横贯所述入口罩，以将来自所述压力容器的位于所述圆柱形环形间隙下方的区域的高炉气体带走，其中，所述至少一个出口连接管被向上引导并相对于压力容器的轴线成一定角度地横贯所述穹顶。

进一步地，单一的出口连接管被设置为相对于所述压力容器的轴线成一定角度地横贯所述入口罩和所述穹顶，并且所述单一的出口连接管具有圆柱形底部，所述圆柱形底部布置成与所述压力容器的轴线同轴且在所述圆柱形环形间隙下方向下延伸到所述压力容器中。

进一步地，两根出口连接管被设置成彼此直径相对并相对于所述压力容器的轴线成一定角度地横贯所述穹顶并延伸入所述入口罩中，其中，所述两根出口连接管在所述入口罩内连接在一起形成位于流出处下方的单一的Y管。

进一步地，所述Y管具有圆柱形下部，所述圆柱形下部与所述压力容器的轴线同轴地布置且在所述圆柱形环形间隙下方向下延伸入所述压力容器中。

进一步地，所述穹顶锥形地设计成与具有第一锥角α的截锥的外表面相对应，并且，所述入口罩具有锥形地设计成与具有第二锥角β的截锥的外表面相对应的上部。所述第一锥角α是所述第二锥角β的25％至75％。优选地，所述第一锥角α是所述第二锥角β的40％至60％。

进一步地，所述入口罩的圆柱形底边缘以及所述圆柱形环形间隙具有0.5-2m的垂直高度。

进一步地，从所述压力容器的下端到所述入口连接管与所述降气管连接的高度处所测量的所述轴向气旋分离器的总高度小于25m。

进一步地，源自高炉的所述降气管连接至所述入口连接管上的法兰或焊接至所述入口连接管；并借助于所述入口连接管由直立的压力容器支撑。

进一步地，所述导向叶片以具有15°至30°的叶片角度δ和20％至40％的重叠的方式从外部穿过所述压力容器的外壁中的狭缝(68)被插入所述环形间隙中。

根据本实用新型的另一方面，还提供了一种高炉气体除尘设备，其包括初步净化级和精细净化级，其中，所述初步净化级由本实用新型的轴向气旋分离器形成。

工业应用

所提出的轴向气旋分离器通常适于在生产生铁的高炉单元中使用，尤其是作为用于从高炉供给的高炉气体的除尘设备中的完整初步净化级。

附图说明

可从本实用新型两个实施例的以下描述和附图中了解本实用新型的其它细节和优点。附图中：

图1是根据第一实施例的轴向气旋分离器的垂直示意性截面；

图2是根据第二实施例的轴向气旋分离器的垂直示意性截面；

图3是处于垂直截面中的旋涡装置的一部分；以及

图4是图3的旋涡装置的一个部分的部分透视图。

具体实施方式

图1所示的用于高炉气体的除尘设备的初步净化级由轴向气旋分离器(所谓的大气旋器)形成，并且整体上由附图标号10表示。将待净化的高炉气体通过降气管12供给至轴向气旋分离器，降气管12直接源自高炉(未示出)的高炉顶部。轴向气旋分离器10包括直立的、圆柱形的压力容器14。压力容器14的底端形成集尘斗，可通过锁定单元以已知的方式倒空集尘斗。

压力容器14的上端在图1中以正面图中示出。用向下变宽的外部穹顶24对其进行气密封。与具有第一锥角α的截锥的外表面相对应地成圆锥形地设计图1中的穹顶24。如可从图1中看到的，所述穹顶24具有单一入口连接管26，该入口连接管相对于压力容器14的轴线30位于中心且同轴地终止于穹顶24内，并且，源自高炉的降气管12通过法兰28连接或终止于该入口连接管上。入口连接管26上的法兰28是可选的，并且优选地当降气管12中包括闸阀(未示出)时，在入口连接管26的上游处使用该法兰。另外，也可将降气管12直接地焊接(即，不用法兰)到入口连接管26上。支撑入口连接管26的穹顶24附接至压力容器14的圆柱形外壁54且由所述容器支撑。应该注意的是，降气管12至少部分地垂直支撑于入口连接管26上。然而，不排除将源自高炉的降气管12完全支撑在压力容器14上，以使得降气管12仅通过入口连接管支撑于直立的压力容器。

高炉气体通过同轴的单一入口连接管26基本上轴向地注入压力容器14。这里，其遇到向下延伸的锥形入口罩50，入口罩位于压力容器14的中心部并在穹顶24下方。根据图1的入口罩50具有这样的上部，该上部成锥形地设计为与具有第二锥角β的截锥的外表面相对应且与轴线30同轴对准。为了实现最可能的最佳轴向气体入口，第一锥角α的范围是第二锥角β的25％至75％，优选地是第二锥角β的40％至60％。这样，确保了在穹顶24的锥形外表面与入口罩50之间的锥形环形间隙中适当的连续的渐细的气流。

入口罩50具有圆柱形下部边缘52，从而在入口罩50的下部边缘52与压力容器14的圆柱形外壁54之间形成圆柱环形间隙56，并且该圆柱环形间隙环绕下部边缘52。优选地，入口罩50的圆柱形下部边缘52以及由此圆柱环形间隙56均具有大约0.5-2m的垂直高度。旋涡装置58位于所述环形间隙56中，并使供至压力容器14中的高炉气体轴向地移动成围绕压力容器14的轴线30的涡流运动；所述旋涡装置的设计在下面参照图3和图4进一步描述。

根据图1的轴向气旋分离器进一步包括单一出口连接管60，该单一出口连接管相对于轴线30倾斜地横贯穹顶24和入口罩50，以使高炉气体从压力容器14的中心区域转向(deflect)，更精确地从围绕轴线30且在圆柱环形间隙56的下方的区域转向。如可从图1看到的，单一出口连接管60被向上引导并相对于压力容器14的轴线30倾斜地(例如，以与压力容器14的垂直中心轴线30成40°至60°之间的角度γ)横贯穹顶24。出口连接管60具有位于入口罩50下方的圆柱形下部64。下部64与压力容器14的轴线30同轴，并在圆柱环形间隙56的下方向下延伸入压力容器14。在压力容器14的外面，一气管连接至出口连接管60并引导初步净化的高炉气体进入精细净化级(未示出)。还应注意，优选地从压力容器14内部的出口连接管60自由地承载入口罩50。

图2示出了轴向气旋分离器的第二较次优选但仍具有实用新型性的实施例，通常用附图标号100表示。在下面，将仅讨论其与图1之间的差异，因为轴向气旋分离器100的所有其它特征基本上是相同的。具体地，轴向气旋分离器100也仅具有一个单一的入口连接管26，其位于中心且与压力容器14的轴线30同轴地终止于穹顶24内，并且，源自高炉的降气管12例如通过法兰28螺纹连接于该入口连接管上或不用法兰直接焊接于其上。

事实上，在直径方面彼此相对的两根出口连接管160、161设置于轴向气旋分离器100中。这两根出口连接管160、161均以与轴线30成角度γ地倾斜横贯穹顶24，并且每根出口连接管都通入到入口罩50的锥形上部中的相对点。在入口罩50的内部，在两根出口连接管160、161通到入口罩50的点的下方，即，大约在下部边缘52的高度处，两根出口连接管160、161连接在一起成为单一的Y管。在下端处，Y管具有圆柱形下部164，其与压力容器14的轴线30同轴地布置且在圆柱环形间隙56的下方向下延伸进入压力容器14。下部164设计为特定地使净化的高炉气体从压力容器14的位于环形间隙56下方的中间区域偏离。

根据图1或图2的实用新型性轴向气旋分离器10、100的显著优点是，通过将降气管12直接地轴向支撑在穹顶24上而实现了较高的机械稳定性。这样，可由轴向气旋分离器10、100接纳由降气管12导致的较大负载和热膨胀。压力容器14甚至能承载比之前理论上的降气管12的总重量明显更大的重量。另一显著优点是，轴向气旋分离器10、100的总结构高度(即，从其下端到降气管12在入口连接管26上的连接点的高度)显著小于当使用现有技术的复杂入口装置时的高度。具体地，小于25m的结构高度(例如，23m)可能用于与典型大小的高炉连接。对于相同的除尘能力，与现有设计的典型的轴向气旋分离器的结构高度相比，可实现大于15％的高度减小。因此，根据图1或图2的实用新型性轴向气旋分离器10、100使得能够节约总成本，不会减损任何除尘功能和效率。另外，也减少了降气管12的结构方面的花费，因为在降气管在轴向气旋分离器10、100上的膨胀和负载方面实现更大的公差。

旋涡装置58相应于WO 00/40763中那些旋涡装置中的任一个，并且，现在将参照图3和图4进行简要描述。旋涡装置58包括规则分布在圆周上的多个(例如，大约30个)导向叶片66。这些导向叶片66具有例如大约20％至40％的重叠和例如15°至30°的叶片角度δ。每个导向叶片66从外部穿过压力容器14的壁54中的狭缝68插入至环形间隙56。在壁54的外部上，通过承载法兰72的框架70封闭这些狭缝68中的每个狭缝。每个导向叶片66包括叶片74(可能是平的或弯曲的)和不透气地螺纹连接在法兰72上的安装板76。叶片74以悬臂方式从安装板76伸入压力容器14。每个叶片74的内端可被引入至入口罩50的底边缘52上的磨损衬料79的狭缝型凹槽78中(可选地在周围具有间隙)。然而，在导向叶片66与入口罩50之间没有固定的机械连接。叶片74、壁54、入口罩50、偏转器罩59以及经受由气旋分离器10中的高炉粉尘产生的严重磨损的所有其它零件均设置有磨损衬料79。

旋涡装置58使得轴向地引入到环形间隙56中的高炉气体被转向到导向叶片66上并围绕压力容器14的轴线30进行涡流。微粒(粉尘)在离心力的作用下被抛到压力容器14的圆柱形外壁54上，并沿着所述壁54滑落。在压力容器14的下部，气流再次向上转向。对于根据图1的单元的轴向气旋分离器10，气流从入口罩50下面流出，通过下部64流入出口连接管60；对于根据图2的轴向气旋分离器：气流从入口罩50下面流出，通过圆柱形下部164进入两根出口连接管160、161。

旋涡装置58的优点是，可从外部独立地更换叶片66。可轻松地将叶片从压力容器14拆卸或将它们推入压力容器14。叶片74上的导向网82有助于通过将叶片74集中于框架70中来安装导向叶片66。旋涡装置58的另一优点是，在壁54中具有足够大的狭缝68，可使用具有不同叶片角度δ、不同重叠和/或不同曲率的导向叶片66。这意味着，此后可以以可接受的成本来改变根据图1的气旋分离器10或根据图2的气旋分离器100的分离特性，以优化除尘。

Claims (12)

1.一种轴向气旋分离器(10；100)，用作高炉气体的除尘设备中的初步净化级，其包括：

直立的压力容器(14)，具有圆柱形外壁(54)；

外部穹顶(24)，向下变宽且连接至所述圆柱形外壁(54)；

入口罩(50)，位于所述压力容器(14)内部且位于所述穹顶(24)的下方，所述入口罩向下变宽并具有圆柱形底边缘(52)，

其特征在于，在入口罩(50)的底边缘(52)与压力容器(14)的外壁(54)之间形成有圆柱形环形间隙(56)；

旋涡装置(58)，具有布置在圆柱形环形间隙(56)中的多个导向叶片(66)，其中，所述导向叶片(66)以这样的方式布置于所述圆柱形环形间隙(56)中：所述导向叶片使得轴向地引入到所述压力容器(14)中的高炉气体以围绕所述压力容器(14)的轴线(30)进行涡流运动的方式移动；

单一入口连接管(26)，其相对于压力容器(14)的轴线(30)位于中心且同轴地引入至所述穹顶(24)，并且，源自高炉的降气管(12)连接于所述单一入口连接管(26)上；以及至少一个出口连接管(60；160；161)，其引入至入口罩(50)或横贯所述入口罩，以将来自所述压力容器(14)的位于所述圆柱形环形间隙(56)下方的区域的高炉气体带走，其中，所述至少一个出口连接管(60；160；161)被向上引导并相对于压力容器(14)的轴线(30)成一定角度地横贯所述穹顶(24)。

2.根据权利要求1所述的轴向气旋分离器，其特征在于，单一的出口连接管(60)被设置为相对于所述压力容器(14)的轴线(30)成一定角度地横贯所述入口罩(50)和所述穹顶(24)，并且所述单一的出口连接管(60)具有圆柱形底部(64)，所述圆柱形底部布置成与所述压力容器(14)的轴线(30)同轴且在所述圆柱形环形间隙(56)下方向下延伸到所述压力容器(14)中。

3.根据权利要求1所述的轴向气旋分离器，其特征在于，两根出口连接管(160；161)被设置成彼此沿直径相对并相对于所述压力容器(14)的轴线(30)成一定角度地横贯所述穹顶(24)并延伸入所述入口罩(50)中，其中，所述两根出口连接管(160；161)在所述入口罩(50)内连接在一起形成位于流出处下方的单一的Y管。

4.根据权利要求3所述的轴向气旋分离器，其特征在于，所述Y管具有圆柱形下部(164)，所述圆柱形下部与所述压力容器(14)的轴线(30)同轴地布置且在所述圆柱形环形间隙(56)下方向下延伸入所述压力容器(14)中。

5.根据权利要求2或3所述的轴向气旋分离器，其特征在于，所述穹顶(24)锥形地设计成与具有第一锥角(α)的截锥的外表面相对应，并且，所述入口罩(50)具有锥形地设计成与具有第二锥角(β)的截锥的外表面相对应的上部。

6.根据权利要求5所述的轴向气旋分离器，其特征在于，所述第一锥角(α)是所述第二锥角(β)的25％至75％。

7.根据权利要求6所述的轴向气旋分离器，其特征在于，所述第一锥角(α)是所述第二锥角(β)的40％至60％。

8.根据权利要求2或3所述的轴向气旋分离器，其特征在于，所述入口罩(50)的圆柱形底边缘(52)以及所述圆柱形环形间隙(56)具有0.5-2m的垂直高度。

9.根据权利要求2或3所述的轴向气旋分离器，其特征在于，从所述压力容器(14)的下端到所述入口连接管(26)与所述降气管(12)连接的高度处所测量的所述轴向气旋分离器(10；100)的总高度小于25m。

10.根据权利要求8所述的轴向气旋分离器，其特征在于，源自高炉的所述降气管(12)连接至所述入口连接管(26)上的法兰(28)或焊接至所述入口连接管(26)；并借助于所述入口连接管(26)由直立的压力容器(14)支撑。

11.根据权利要求1所述的轴向气旋分离器，其特征在于，所述导向叶片(66)以具有15°至30°的叶片角度(δ)和20％至40％的重叠的方式从外部穿过所述压力容器(14)的外壁(54)中的狭缝(68)被插入所述环形间隙(56)中。

12.一种高炉气体除尘设备，其包括初步净化级和精细净化级，其特征在于，所述初步净化级由根据权利要求1至11中任一项所述的轴向气旋分离器形成。

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